2020年自动化、控制和仪表的技术展望



2020年自动化、控制和仪表的技术展望

从人类的视角，2020被认为是完美的；那么，到2020年，自动化、控制和仪表的实现途径会接近完美吗？来自于CONTROL ENGINEERING 2015年度系统集成商——Maverick技术公司、Polytron公司和Malisko工程公司的技术专家们，分享了他们对于2020年自动化、控制和仪表的技术展望。

互联性、模块化和预测支持

Malisko工程公司的总裁和首席执行官Stephen J.Malyzsko，对2020年的自动化趋势提出了6个方面的展望：互联性、模块化生产、系统支持、内置安全性、技术更替以及合作。他的解释如下：

1.通用互联性。大数据、物联网以及移动性都会推动工业领域使用通用的互联标准；这将会协调客户和商业市场。工业领域对“通用互联”的需求将迫使供应商考虑提供对专有产品的接入。

移动应用和无线将会成为标准。随着传统台式机和移动设备（比如微软的Continuum，包括在微软Windows 10中）功能的趋同，计算也随之发生改变。功能的趋同以及随处可见的超快无线接入，将会创造更多的基于云的应用。微软的HoloLens将大大增强HMI和PLC编程功能以及可视化程度。

2.模块化生产。由于希望尽快投入市场，供应商会持续不断的升级转型，为生产客户提供即插即用的过程单元和工作单元。模块化生产将系统集成商转变为收集数据、实施整体监视控制策略的角色。

3.系统支持，98%预测，2%校正。生产制造自动化系统将会利用标准的运行监控模块来监视设备状态。供应商将提供基于统计数据的强制性算法模块，并推荐服务和重新校验的频率。

4.内置系统安全性（基于行业要求）。与通用连接性一起成为通用安全的标准，并和IT及商业市场保持一致。

5.系统集成技术角色的转变。系统集成商的首要角色，将会转变为模块集成商。先进的可视化、控制器的发展以及测试工具，将会缩短低水平控制和可视化任务的实施所需要的时间，并且使得系统集成商可以将更多的时间精力用来提供无缝集成。

6.成为用户的自动化伙伴。在涉及自动化的项目上，生产制造商将依赖控制系统集成商来提供帮助和认证。

生产制造的数字化时代

Polytron公司的副总裁Brent Stromwall认为，到2020年，生产制造将进入到一个真正的数字化时代。一方面，“这是一种必然的趋势，生产制造商必须提供更准确和更先进的获取技术和参考资料的方式，这样运行人员和技术人员才可以更好的实施运行及维护的准备工作，无论是对现有技术还是新技术，都应如此。”Stromwall说到，“没有触手可及的维护能力及技术知识，年轻一代的工人，对当今工厂车间的系统进行的运行和维护将无法胜任。”

2020年对当下提出的要求

在最近几年，行业探讨中已经包括了诸如“智能制造”、“工业4.0”、“工业互联”、“先进生产制造”等等词汇。在这个数字化生产制造时代，我们可以使用技术手段来交付3D可视化系统、数据分析以及多层次的协作工作来优化和管理生产制造过程——从工厂车间到企业管理层。

为了更好地迎接2020年数字化时代对生产制造技术提出的需求，我们正在从如下5个方面着手准备：

1）从供应链到配送，制造系统的完整集成；

2）为了达到最高水平的运行效率，在全厂范围系统内引入可视化；

3）为了实现设备的稳定运行和提升系统运行时间，需要预测性维护系统；

4）快速获取实时生产数据的能力；

5）最新的网络技术，可以实现更高的带宽、无线网络以及更好的安全性能。

2020年关于制造业的8个预测

1.可持续性：生产制造商需要能够获取大数据的应用，以便在关于能源监视、运行效率、劳动力和运行人员的安全、预测维护等方面做决策时使用。正确的工厂数据应该是实时的，能在正确的时间传递给正确的人。

2.与人和设备更广泛地互联：不断变化的制造环境需要能够无缝沟通，并将先进的技术，如物联网（IoT）、云计算、移动性等，与自动化工作流程集成在一起，以适应更快、更智能的生产环境。

3.更严格的网络安全：随着数据流以及获取权限遍及全厂，在用户端多层次、多层面的集成，网络安全正在逐步从简单的周边防御向更严格的纵深防御发展。

4.工业网络升级：智能数据需要一个安全、可扩展并且稳定的生产制造骨干网。强大的网络能够支持更多软/硬件的升级，以便提升自动化水平和数据获取的效率。新的网络混合使用光纤和新一代铜导线，采用开放式的网络结构技术，软件具有更高的鲁棒性，并允许计算机网络接收或者发送数据到整个工厂车间的机器上甚至企业管理层。

5.更直观的HMI：自带记分卡和培训工具，以便优化劳动力。劳动力老龄化以及缺乏合格的工人来填补空缺，是对生产制造商最大的挑战。正式的内部培训工具，比如基于计算机的学习模块、基于HMI的工作支持模块，这都是必须的。直观的HMI和记分卡十分关键。

6.机器安全：升级机器安全技术，使旧机器满足安全标准的要求，是生产制造商随后几年的首要任务。集成的机器安全技术帮助保护年轻的劳动力，减少工人事故，降低由此引起的非计划停机时间，从而提高整体生产效率，这在竞争激烈的市场十分关键。

7.预测数据分析：主动管理，可以确保生产制造设备高效运行，保持工厂的灵活性和稳定性。更快地响应消费者的需求，同时保证安全和可靠的产量，就可以使生产制造企业立于不败之地。对不断增长的可追溯性和质量数据的需求日益快速增加。需要利用柔性制造技术来管理成本。

8.淘汰与升级：硬件和落后技术的淘汰是不断老化工厂的一个主要议题。据估计，美国75%的工厂都运营超过20年了。硬件和技术都需要更换为智能控制器和驱动技术，以便实现端到端的运行效率提升。

自动化的价值在于更多的连接、协作和安全

“在每天和客户一起工作时，无论大客户还是小客户，只要是我们所涉及的是工业领域，我们都希望和他们探讨5个比较实际的领域：自动化的价值、网络、新人类、协作以及网络安全。”Maverick技术公司的CEOPaulGaleski认为，“尽管改变已经开始，但是到2020年，实现这5个领域的途径仍然可能会有所差异。”

1.自动化创造价值：用户必须明白，自动化是如何通过降低成本、改善产品质量、提高产量等来为其公司创造价值的。自动化供应商和服务提供商非常擅长谈论技术，但是客户早已厌倦了喋喋不休的讨论技术，他们希望知道某些新设备或网络功能是如何对其盈利水平带来正面影响的。

如果换一种思路，我们用自动化技术来解决问题，而不是仅仅因为某种新技术而使用自动化，那么我们就可以基于铁的事实和运营环境的改善，比较容易的给予工程效果以恰当的描述。我们必须改变描述问题的方式，利用管理层能够听明白的词汇来描述工程，这就是财务数据。这种情况已经开始发生，但是要运用得当，还得至少需要5年的时间。

2.更开放的网络，无线：网络将会更加开放，只有非常少的设备需要通过电缆连接。区分不同通信协议的壁垒将倒塌，在2020年有可能会不复存在。新的控制器比以往的控制器都将具有更多的语言版本。对于现代的可编程逻辑控制器（PLC）来讲，同时使用多种网络通信协议进行通信是非常普遍的事情。可能需要使用Profinet通讯协议和一组设备通讯，使用EtherNet/IP和另外一组设备通讯，Modbus和第三组设备通讯。

更强大的计算能力使得这一切变得非常简单，可以快速完成通讯协议的转换。同时，无线设备的数量和种类也会不断增加。不管是WiFi、ISA100、WirelessHART，还是某些新协议，无线网关将会使用多种通讯协议进行通讯，用户不会察觉到其中的差别。如果信息能够到达需要它的地方，很少人会关心如何实现的。正如蜂窝网络一样，用户只关心性能，而不是底层的处理机制。

3.年轻员工的新特点：将来，会由年轻的新员工来管理工厂。到2020年，婴儿潮一代出生的劳动力人员数量将会下降，并持续快速降低。千禧年出生的一代人将会逐步取代他们的位置，但是并不具有相关技术，更不要说去使用了。当然，这也有例外，但是总体来讲，千禧年出生的一代需要信息来帮助他们解决问题，他们并不像他们的前辈那样关注技术基础。

4.更多的协作：相比老一代的工人，新时代的工人需要更多、不同类型的信息，以及用不同的表格和形式呈现的信息。千禧年出生的一代相信技术，也相信技术所带给他们的信息。婴儿潮出生的一代则一般对技术抱有一种与生俱来的怀疑态度。

从天性上来讲，千禧年出生的一代更具有合作精神，他们更习惯这种观点：合作并不需要每个人都在同一个地点。正如几个人可以在不同的区域，所有的人都在播放同一个视频游戏一样，运行人员可以在不同的区域，控制同一个工厂。完成该项工作，依赖于将所有的信息收集并传送给所有实时需要这些信息的人。到2020年，这种通讯是每天都会发生的事情。

5.内置网络安全特性：网络安全将会被内置到所有新建基础设施，并被“绑定”到现有系统和网络上。我们总是听说新的网络攻击载体和方法，但是用户和自动化供应商的防御措施和对这种境况的整体意识则在缓慢的提高。

我们还没有到达那种需要将网络安全置于最高的优先级关键时刻，也许需要一个重大的事件来获得更多人的关注，但是意识和前瞻性防范措施将会持续增长。没有任何防护措施是滴水不漏的，但是新工具正在出现，可以检测到入侵者。到2020年，网络犯罪分子如果想在我们的网络周围游荡而不被发现，将会更加困难。